数字电子技术数字时钟设计书

数字电子技术数字时钟设计书一．前言

钟表作为一种定时工具被广泛的使用在生产生活的各方面。人类最初依靠太阳的角度来进行定时，所以受天气的影响比较大，为了克服依靠自然现象定时的缺点人们发明的机器钟表，电子钟表一系列的定时工具。自改革开放以来我国科技得以高速发展，尤其是电子技术的飞速发展。各种各样的电器器材凭空而出。

下面我们就以数字钟为例简单介绍一下。数字钟我们听到这几个字，第一反应就是我们所说的数字，不错数字钟就是以数字显示取代模拟表盘的钟表，数字电子钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，电子钟表具有价格便宜，质量轻，定时误差小等优点，被广泛的应用在生产，生活的各个方面。由于电子钟能提供精确又被广泛的运用在各种测量之中。

二．设计要求

1.设计一个能直接显示“分”、“秒”的数字电子钟,要求60分钟为一计

时周期。

2.电路具有校时(分)功能。

三．设计目的

此次实验设计目的在于培养学生们的操作实践能力。通过对数字时钟原理的学习，增强同学们的理论知识以及思维能力。此次实验设计不单是理论的实现，相反的，更多的在于操作能力的锻炼。通过对数字时钟的实践操作，让同学们从中收获甚多。学会元器件识别、测试和安装的方法，掌握万用表的使用方法，学

会利用软、硬件独立进行电子设备的整机装配、调试方法，并达到产品的质量要求，从而锻炼和提高学生的动手能力，巩固和加深对电子学理论知识的理解和掌握，为以后专业设计、课程设计及毕业设计准备必要的工艺知识和操作技能。培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力。掌握电子线路的基本原理、基本方法，掌握焊接的基本技能，达到焊点大小适中、均匀、圆润、光亮、无虚焊的要求，通过简单电器的安装制作，熟悉电子仪器的安装制作过程和电路的调试及简单故障排除的技能。

四．电路设计方案

多功能数字钟原理框架如图所示，电路包括以下几个部分：标准秒信号发生器、显示电路、分秒计数器、校时电路。

此次数字数字设计利用所给的芯片设计完成。利用4个数码管完成显示电路的设计，所用数码管为共阴性。 CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码—七段码译码器，所以CD4511用做此次数字时钟的译码器。本实验用到的计数器是74LS90,74LS90是二—五—十进制计数器，它有两个时钟输入端CKA和CKB。其中，CKA和0

Q组成一位二进制计数器；CKB和321

Q Q Q组成五进制计数器。设计中用了两个开关，分别用做分、秒校对。最后数码管跳动一秒所用的脉冲由555提供。

五.单元电路设计及参数计算

5.1.译码显示电路设计

由于计数器输出的是一个8421BCD码，所以可以用CD4511译码器和共阴数码管来组成译码显示电路。

CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码—七段码译码器，特点如下：

具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。

用CD4511实现LED与接口方法如表5-1所示：

表5-1

CD4511的工作真值表如表5-2所示：

输入输出

LE BI LI D C B A a b c d e f g 显示X X 0 X X X X 1 1 1 1 1 1 1 8 X 0 1 X X X X 0 0 0 0 0 0 0 消隐

0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0

0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1

0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 2

0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 3

0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 4

0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 5

0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 6

0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 7

0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 8

0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 9

0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 消隐

0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 消隐

0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 消隐

0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 消隐

0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 消隐

0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 消隐

1 1 1 X X X X 锁存锁存

表3-2 CD 4511的真值表

5.2.计数器电路设计

本次电路设计所采用的计数器为74LS90。74LS90是二—五—十进制计数器，它有两个时钟输入端CKA 和CKB 。其中，CKA 和0Q 组成一位二进制计数器；CKB 和321Q Q Q 组成五进制计数器；若将0Q 与CKB 相连接，时钟脉冲从A CP 输入，则构成了8421BCD 码十进制计数器。74LS90有两个清零端R0（1）、R0（2），两个置9端R9（1）和R9（2），其BCD 码十进制计数时序如表5-4。74LS90的管脚图如图5-3。

图5-3

表5-4 BCD 码十进制计数时序

74LS90

74LS90的功能：

(1)异步清零功能。当R0=R0(2),R0(1)=0时，若R9=R9(1),R9(2)=0时，则计数器清零，并与CK 无关。

(2)异步置9功能。当R0=R0(2),R0(1)=1时，计数器置9，即被置成1001的状态，置9功能也于CK 无关。

(3)计数功能，当R0=0,R9=0时计数器计数。根据不同接法，还可实现二进制、五进制。

5.3.脉冲发生电路设计

555定时器的集成电路引脚如5-5图所示1脚为接地端（GND ）、2脚为低触发端（TR ）、3脚为输出端 （OUT ）、4脚为复位端（R ）、5脚为控制电压端（CO ）、6脚为高触发端（TH ）、7脚为放电端（D ）、8脚为电源端（VCC ）。

表5-6 555定时器的功能表

输入

中间状态

输出 放电管状态

高触发端

TH U

低触发端

TR U

直接复位

D R

R S

Q

× × 0 × × 0 导通 >cc V 32 >cc V 31 1 0 1 0 导通 cc V 31 1 1 1 保持 保持不变

U 32

V 31 1

1

1

截止

表5-7 555定时器的输入、输出关系

复位端

控制电压端

高出发端V TH 低触发端

输出端OUT

T 的状态

图2-1 555定时器电路引脚图